溶接方法及び溶接継手
【課題】溶接管理を難しくすることなく、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる溶接方法及びこれを用いた溶接継手を提供する。
【解決手段】高張力鋼である母材１同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、前記溶接材料として、前記母材１より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料Ａと、前記第１溶接材料Ａより溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料Ｂと、を用い、前記第１溶接材料Ａと前記第２溶接材料Ｂとを交互に溶接することを特徴とする。
【解決手段】高張力鋼である母材１同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、前記溶接材料として、前記母材１より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料Ａと、前記第１溶接材料Ａより溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料Ｂと、を用い、前記第１溶接材料Ａと前記第２溶接材料Ｂとを交互に溶接することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる溶接方法、及び、これを用いた溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高張力鋼（以下、単に「鋼」と省略することがある）の母材同士を突き合わせて、溶接する方法が知られている。この種の鋼の溶接においては、溶接材料として、母材より引張強さが大きいものを用いることにより、得られる溶接継手の強度を確保している。例えば、規格引張強さが６９０ＭＰａ以上の高張力鋼を母材として溶接する溶接材料としては、溶接された金属（以下、溶接金属という）においてＭｏを０．２〜０．５％含み、Ｎｉを０．５〜５．０％含むものが使われており、これら成分の作用によって強度のみならず靭性をも確保している。
【０００３】
ところで、例えば０℃以下の低温環境における溶接継手の使用では、その靭性が低下するおそれがある。低温においても高い靭性を確保するには、例えば、溶接金属においてＣを０．１０％以下に抑え、かつ、Ｎｉを５．０％までになるように調製された溶接材料を用いて溶接が行われる。また、Ｎｉを１．０％以下に抑え、微細な金属組織を生成させる核となる介在物を生成するＴｉを０．０２〜０．０４％、Ｂを０．００２〜０．００４％含むように調製された溶接材料が使われることがある。
【０００４】
溶接継手の強度を確保する手法として、例えば下記特許文献１には、溶接継手において外部（表面）に露出される化粧溶接を、イルミナイト系溶接材料を用いて行うことにより、疲労強度を確保するようにしたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の溶接方法及び溶接継手では、下記の課題があった。
すなわち、母材として引張強さが例えば６９０ＭＰａ以上の高張力鋼を用いる溶接においては、得られる溶接継手に対して母材と遜色ない強度や靭性が要求されており、このような要求を満足するには高強度、高靭性の溶接金属が得られる溶接材料を選定する必要がある。しかしながら、高強度と高靭性をともに満足する溶接材料は容易には得られ難く、強度を高めれば靭性が低下し、靭性を高めれば強度が低下してしまう傾向がある。また、高強度及び高靭性をともに満たす溶接材料が得られたとしても、溶接入熱の管理や溶接条件の管理（以下、溶接管理という）を厳密に行わない限り、所望の強度及び靭性を安定して得ることはできなかった。
【０００７】
前述した課題について、下記に詳しく述べる。
鋼が高強度になるに従って、溶接金属組織にマルテンサイトや上部ベイナイトが生成されるために、低温靭性が低下しやすくなる問題が生じる。これを防止する目的で、溶接金属において主にＮｉを０．５〜５．０％含有するようにして低温靭性を確保することが考えられるが、Ｎｉの含有量を１．５％以上に高めると、溶接管理が難しくなるという別の問題が生じる。
【０００８】
一方、引張強さが例えば６９０ＭＰａ未満の鋼においては、Ｔｉを０．０２〜０．０４％、Ｂを０．００２〜０．００４％含んだ溶接材料を用いることで、溶接金属の冷却過程で生成されるオーステナイトの粒内又は粒界で、Ｔｉ又はＢからなる介在物が核となり微細なアシキュラ・フェライトが析出して、溶接金属組織が微細化するので、Ｎｉの含有量を抑えつつも低温靭性の高い溶接継手が得られる。
【０００９】
引張強さが６９０ＭＰａ以上の鋼においては、溶接金属組織の殆んどがベイナイトとなり、フェライトの生成が抑制されるために、前述のようにＴｉ、Ｂを含有する溶接材料を用いても、金属組織を微細化する効果は得られ難い。つまりこの場合、低温靭性を確保できない。そのため、溶接金属においてＮｉが１．５〜５．０％となるように調製された溶接材料を使い低温靭性を確保しているが、前述したようにＮｉの含有量を１．５％以上に高めると、溶接入熱量が３．０ｋＪ／ｍｍを超えた場合に靭性が低下する傾向があり、溶接管理が十分でないと所望の低温での靭性を得ることが難しい。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載の溶接継手は、溶接最外層の疲労強度は高められるものの、溶接継手の構造全体として所望の高強度及び高靭性を得ることが目的でなく、高強度かつ高靭性の溶接継手が得られるものではない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、溶接管理を難しくすることなく、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる溶接方法及びこれを用いた溶接継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、高張力鋼である母材同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、前記溶接材料として、溶接金属において前記母材より引張強さが大きくなる第１溶接材料と、前記第１溶接材料より靭性が大きくなる第２溶接材料と、を用い、前記第１溶接材料と前記第２溶接材料とを交互に溶接することを特徴とする。
また、本発明の溶接継手は、前述した溶接方法により作製されたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の溶接方法及びこれを用いた溶接継手によれば、高張力鋼（母材）同士を突き合わせ溶接するための溶接材料として、第１、第２溶接材料を用いており、第１溶接材料の溶接金属の引張強さは母材の引張強さより大きく、第２溶接材料の溶接金属の靭性は第１溶接材料の溶接金属の靭性より大きい。このように互いに溶接金属の機械的性質の異なる溶接材料を交互に使用することにより、下記の顕著な効果を奏する。
【００１４】
すなわち、溶接金属の引張強さに優れる第１溶接材料を用いることにより、得られる溶接継手の構造全体としての強度（引張強さ）が、所定以上に確保される。つまり、第１溶接材料の溶接金属が有する機械的性質（高強度）が、その隣り合う第２溶接材料の溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手全体としての機械的強度が所望の値以上（例えば、母材の機械的強度と同等以上）に高められる。
【００１５】
また、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料を用いることにより、得られる溶接継手の構造全体としての靭性が、所定以上に確保される。すなわち、第２溶接材料の溶接金属が有する機械的性質（高靭性）が、その隣り合う第１溶接材料の溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手全体としての靭性が所望の値以上に高められる。詳しくは、第１、第２溶接材料の溶接金属の境界においては、それぞれの溶接金属が混合することにより微細な金属組織が形成されており、当該金属組織がさらなる靭性の向上に寄与している。
【００１６】
そして、第１、第２溶接材料を用いたそれぞれの溶接パスにおいては、特別な溶接入熱の管理や溶接条件の管理が不要であることから、精度よく簡単に、かつ安定して溶接作業が行える。
【００１７】
すなわち、従来においては、単一の溶接材料を用いて溶接を行っており、当該溶接材料の溶接金属に対して高強度及び高靭性をともに満足し得ることを要求していたために、所望の溶接金属となる溶接材料を得ることが難しく、また、溶接管理が難しくなっていた。
一方、本発明によれば、前述のように、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができるのである。
【００１８】
また、本発明の溶接方法において、前記母材の引張強さが、６９０ＭＰａ以上であることとしてもよい。
【００１９】
この場合、前述した本発明の効果がより一層顕著に得られることになる。すなわち、従来の溶接方法では、特に母材が高強度（引張強さ６９０ＭＰａ以上）である場合において、溶接管理が不十分であると、高強度と高靭性をともに満足できる溶接継手は得られなかった。一方、本発明によれば、母材が高強度であっても、溶接管理を特別厳密にすることなく、得られる溶接継手の強度及び靭性を十分に確保できるのである。
【００２０】
また、本発明の溶接方法において、前記第１溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、前記第２溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより小さいこととしてもよい。
【００２１】
この場合、母材が高強度であっても、得られる溶接継手の機械的強度を十分に確保できる。また、所望の機械的性質（高靭性）の溶接金属となる第２溶接材料を比較的容易に用意できる。
【００２２】
また、本発明の溶接方法において、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層に前記第２溶接材料を用いることとしてもよい。
【００２３】
この場合、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層として、靭性に優れる溶接金属となる第２溶接材料を用いるので、得られる溶接継手の切り欠き靭性が高められ、表面切り欠きからの脆性破壊が抑制される。尚、ここで言う「外部に露出する層」とは、母材が例えば管材である場合においては、管外に露出する層のみならず、管内に露出する層をも含む概念である。よって母材が管材の場合には、第２溶接材料を含む層が、管外及び／又は管内に露出して形成される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の溶接方法及び溶接継手によれば、溶接管理を難しくすることなく、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図５】本発明の実施例を説明する溶接継手の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手１０について、図１を参照して説明する。
図１に示されるように、本実施形態の溶接方法は、高張力鋼である母材１同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接するものである。母材１の形状としては、例えば管状や板状などが挙げられる。この溶接方法は、例えば流体用の配管・導管の溶接継手１０を製作する目的で用いられ、母材１の端面同士を突き合わせて、溶接棒（溶接材料）を用いて手溶接により行われる。特に図示しないが、母材１の端面同士の突き合わせ形状（開先形状）としては、例えばＵ形開先、Ｖ形開先などが挙げられる。
本実施形態における母材１は、引張強さが６９０ＭＰａ以上の高強度の高張力鋼であり、具体的に、この母材１の引張強さは６９０ＭＰａである。
【００２７】
この溶接方法では、母材１の端面同士が接近又は当接するように対向配置されてなる開先ルート部を、突き合わせ方向Ｃ（図１における左右方向）に垂直な厚さ方向Ｔ（図１における上下方向）から溶接して、複数の層（溶接層）を形成する。つまり、この溶接継手１０には、複数の溶接パスにより、厚さ方向Ｔに積層するように複数の溶接層が形成されている。尚、実際には、隣り合う溶接層同士又は溶接層と母材１が、互いの境界近傍において溶け込み合うことから、境界は判別しにくくなっている。
ここで、図１において符号２で示される最下層は、最初の溶接パスにより形成された第１層である。また、符号３で示される最上層は、最後の溶接パスにより形成された最終層である。
【００２８】
この溶接方法では、前記溶接材料として、母材１より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料Ａと、第１溶接材料Ａより溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料Ｂと、を用いている。
具体的には下記表１に示されるように、本実施形態では、互いに溶接金属の機械的性質の異なる２つの溶接材料を用いている。尚、表中に示されるＡ材は前記第１溶接材料Ａであり、Ｂ材は前記第２溶接材料Ｂである。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示されるように、Ａ材（第１溶接材料Ａ）の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さである６９０ＭＰａより大きい。詳しくは、Ａ材の引張強さは、母材１の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、本実施形態においては、母材１の引張強さより１００ＭＰａ以上大きい。
【００３１】
また、Ａ材の溶接金属には、機械的強度を確保する目的でＭｏが０．５％以上含有されている。Ｍｏの含有量は、例えば０．２〜０．８％が好ましい。また、Ａ材の溶接金属に含有されるＣは０．１０％以下であり、かつ、Ｎｉは２．５％以上であって、これによりＡ材の溶接金属は低温（−２０℃）においても靭性値が９０Ｊ以上である。ここで言う「靭性値」とは、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験に基づくものである。尚、Ｎｉの含有量については、１．５％以上であることが好ましい。
【００３２】
また、表１において、Ｂ材（第２溶接材料）の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さである６９０ＭＰａより小さい。詳しくは、Ｂ材の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さに対して、−５０ＭＰａ以上（つまり本実施形態では６４０ＭＰａ以上６９０ＭＰａ未満）である。また、Ａ材、Ｂ材の溶接金属の靭性値の測定温度条件が同じ（−２０℃）である表１において、Ｂ材の溶接金属の靭性値はＡ材の溶接金属の靭性値である９６Ｊより十分に大きい。詳しくは、Ｂ材の溶接金属の靭性値は、Ａ材の溶接金属の靭性値より９５Ｊ以上大きく、Ｂ材の溶接金属の靭性値のＡ材の溶接金属の靭性値に対する比（Ｂ材の溶接金属の靭性値／Ａ材の溶接金属の靭性値）は、２．０以上となっている。
【００３３】
Ｂ材の溶接金属に含有されるＮｉは１．０％以下であり、Ｔｉは０．０２〜０．０４％、Ｂは０．００２〜０．００４％である。これにより、Ｂ材を用いた溶接層には微細な金属組織が生成されやすくなり、靭性が十分に確保されている。具体的に、Ｂ材の溶接金属は低温（−２０℃）における靭性値が１８０Ｊ以上である。尚、Ｂ材としては、−４０℃以下の低温における溶接金属の靭性値が１００Ｊ以上であるものを用いることが好ましい。ここで、表１には特に示していないが、温度条件：−５０℃にて本実施形態のＢ材の溶接金属の靭性値を測定したところ、１８０Ｊであった。
【００３４】
そして、図１に示されるように、本実施形態の溶接方法では、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に溶接する。
詳しくは、開先ルート部において、最初の溶接パスに第２溶接材料Ｂを用い、母材１の端面同士を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第１層２を形成する。次の溶接パスに第１溶接材料Ａを用い、前回の溶接パスで形成した第１層２、及び、母材１の端面を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第２層４を形成する。次の溶接パスに第２溶接材料Ｂを用い、前回の溶接パスで形成した第２層４、及び、母材１の端面を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第３層５を形成する。このように、溶接パス毎に順次異なる溶接材料Ａ、Ｂを用いて溶接を行う。
【００３５】
本実施形態では、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層である第１層２に、第２溶接材料Ｂを用いている。尚、ここで言う「外部に露出する層」とは、溶接継手１０において厚さ方向Ｔの両外側に露出する一対の層（最外層）を差し、母材１が例えば管材である場合においては、管外に露出する層のみならず、管内に露出する層をも含む概念である。本実施形態においては、溶接継手１０において厚さ方向Ｔの両外側に露出する第１層２及び最終層３のうち、第１層２に第２溶接材料Ｂが用いられている。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手１０によれば、高張力鋼（母材１）同士を突き合わせ溶接するための溶接材料として、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂを用いており、第１溶接材料Ａの溶接金属の引張強さは母材１の引張強さより大きく、第２溶接材料Ｂの溶接金属の靭性は第１溶接材料Ａの溶接金属の靭性より大きい。このように互いに溶接金属の機械的性質の異なる溶接材料Ａ、Ｂを交互に使用することにより、下記の顕著な効果を奏する。
【００３７】
すなわち、溶接金属の引張強さに優れる第１溶接材料Ａを用いることにより、得られる溶接継手１０の構造全体としての強度（引張強さ）が、所定以上に確保される。つまり、第１溶接材料Ａの溶接金属が有する機械的性質（高強度）が、その隣り合う第２溶接材料Ｂの溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手１０全体としての機械的強度が所望の値以上（例えば、母材１の機械的強度と同等以上）に高められる。
【００３８】
また、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いることにより、得られる溶接継手１０の構造全体としての靭性が、所定以上に確保される。すなわち、第２溶接材料Ｂの溶接金属が有する機械的性質（高靭性）が、その隣り合う第１溶接材料Ａの溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手１０全体としての靭性が所望の値以上（例えば、前記シャルピー衝撃試験に基づく吸収エネルギ（靭性値）が、０℃以下など低温状態においても１００Ｊ以上）に高められる。詳しくは、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂの溶接金属の境界においては、それぞれの溶接金属が混合することにより微細な金属組織が形成されており、当該金属組織がさらなる靭性の向上に寄与している。
【００３９】
そして、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂを用いたそれぞれの溶接パスにおいては、特別な溶接入熱管理や溶接条件管理が不要であることから、精度よく簡単に、かつ安定して溶接作業が行える。
【００４０】
すなわち、従来においては、単一の溶接材料を用いて溶接を行っており、当該溶接材料の溶接金属に対して高強度及び高靭性をともに満足し得ることを要求していたために、所望の溶接材料を得ることができず、また、溶接管理が難しくなっていた。
一方、本実施形態によれば、前述のように、高強度かつ高靭性の溶接継手１０を容易に得ることができるのである。
尚、積層する溶接層の厚さ、溶け込み深さから溶接継手１０の機械的特性を調整することが可能である。
【００４１】
また、本実施形態のように、母材１の引張強さが６９０ＭＰａ以上の場合には、前述した効果がより一層顕著に得られることになる。すなわち、従来の溶接方法では、特に母材１が高強度（引張強さ６９０ＭＰａ以上）である場合において、溶接管理を十分に行わないと、高強度と高靭性をともに満足できる溶接継手は得られなかった。一方、本実施形態によれば、母材１が高強度であっても、溶接管理を特別厳密に行うことなく、得られる溶接継手１０の強度及び靭性を十分に確保できるのである。
【００４２】
また、本実施形態では、第１溶接材料Ａの溶接金属の引張強さが、母材１の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、第２溶接材料Ｂの溶接金属の引張強さが、母材１の引張強さより小さい。これにより、母材１が高強度であっても、得られる溶接継手１０の機械的強度を十分に確保できる。また、所望の溶接金属の機械的性質（高靭性）を有する第２溶接材料Ｂを比較的容易に用意できる。
【００４３】
また、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層（第１層２）として、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いているので、得られる溶接継手１０の切り欠き靭性が高められ、当該第１層２における拘束による低温割れ（遅れ割れ）発生が抑制される。
尚、本実施形態では、外部に露出する層である第１層２に第２溶接材料Ｂを用いることとしたが、この第１層２の代わりに、外部に露出する層である最終層３に第２溶接材料Ｂを用いることとしてもよい。この場合も前述同様の効果が得られ、当該最終層３における切り欠き靭性が高められる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手２０について、図２を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図２に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手２０では、溶接により形成される複数の層のうち、厚さ方向Ｔに沿う両最外層をなす第１層２及び最終層３の両方に第２溶接材料Ｂを用いている点で、前述の第１実施形態とは異なる。
【００４６】
本実施形態によれば、溶接継手２０において外部に露出する層である第１層２及び最終層３の両方に溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いているので、得られる溶接継手２０の切り欠き靭性が十分に高められ、第１層２及び最終層３（特に第１層２）における低温割れ（遅れ割れ）発生が抑制される。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手３０について、図３を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図３に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手３０では、溶接により形成される複数の層のうち、少なくとも１つ以上の層が、突き合わせ方向Ｃに互いに異なる位置に施された複数の溶接パスによって形成されている。具体的に、図示の例では、溶接継手３０は、厚さ方向Ｔに積層する６つの層（溶接層）を有しており、これら層のうち、第１層２及び第２層４を除く４つの層（第３層５〜第６層（最終層）３）が、１層あたりそれぞれ２回の溶接パスにより形成されている。
【００４９】
また、このように複数の溶接パスにより形成された層においては、当該層内における溶接パスが、互いに同一の溶接材料を用いて行われている。具体的に、図３においては、例えば第３層５が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置に第２溶接材料Ｂを２パスして形成され、最終層３が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置に第１溶接材料Ａを２パスして形成されている。
すなわち、本実施形態においては、厚さ方向Ｔに積層する溶接層単位ごとに、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に用いて溶接している。
【００５０】
本実施形態によれば、前述の実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
またこの場合、開先形状のうち母材１の端面同士の距離が比較的開かれやすい例えばＶ形開先などに用いて有効である。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手４０について、図４を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図４に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手４０では、第３実施形態と同様に、溶接により形成される複数の層のうち、少なくとも１つ以上の層が、突き合わせ方向Ｃに互いに異なる位置に施された複数の溶接パスによって形成されている。
【００５３】
そして、本実施形態では、このように複数の溶接パスにより形成された層においては、当該層内における溶接パスが、互いに異なる溶接材料を用いて行われている。具体的に、図４においては、例えば第３層５が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置にまず第２溶接材料Ｂ、次いで第１溶接材料Ａを各１パスして形成され、最終層３が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置にまず第１溶接材料Ａ、次いで第２溶接材料Ｂを各１パスして形成されている。
すなわち、本実施形態においては、複数の溶接パスにより形成された層における溶接パス単位ごとに、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に用いて溶接している。また、図４に示される例では、第３層５〜最終層３における第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとが、厚さ方向Ｔに互いに入れ違いとなるように配置されているのみならず、突き合わせ方向Ｃにも互いに入れ違いとなるように配置されており、各溶接材料Ａ、Ｂが千鳥状をなすようにパターン化されている。
【００５４】
本実施形態によれば、前述の実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
またこの場合、開先形状のうち母材１の端面同士の距離が比較的開かれやすい例えばＶ形開先などに用いて有効である。
【００５５】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５６】
例えば、前述の実施形態では、溶接が手溶接により行われるとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、自動化された溶接工程においても本発明を適用することが可能である。従って、前述したＵ形開先、Ｖ形開先以外の例えばＩ形開先などにも本発明を適用できる。
【００５７】
その他、本発明の前述の実施形態で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
本発明の実施例として、図５に示される溶接継手５０を用意した。この溶接継手５０は、前述した第４実施形態の溶接継手４０の変形例である。溶接継手５０の材料には、母材１として引張強さが６９０ＭＰａ、板厚が２６ｍｍの高張力鋼を用い、第１溶接材料Ａとして前記表１に記載のＡ材を用い、第２溶接材料Ｂとして前記表１に記載のＢ材を用いた。そして、これら材料を用いて、溶接層：９層、溶接パス：２３パスにより溶接継手５０を作製した。尚、前記溶接層のうち、複数の溶接パスにより形成された層（第３層５〜第９層（最終層）３）については、突き合わせ方向Ｃに隣り合う溶接材料同士が、互いに異なる溶接材料となるように配置した。
また、溶接入熱量については、１．０〜４．４ｋＪ／ｍｍとし、溶接管理を特別厳密に行うようなことはしなかった。尚、溶接継手５０は２つ作製した。
【００６０】
このように作製された溶接継手５０を用いて、引張試験を行い、降伏強度及び引張強さを測定した。また、温度条件：−２０℃における靭性値を測定した。
結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２の結果より、本実施例の溶接継手５０は、母材１が高強度である場合においても、溶接管理を特別厳密に行うことなく、母材１の引張強さ以上の引張強さを有するように簡便に作製できることが確認された。また、降伏強度については、６１０ＭＰａ以上確保された。そして、溶接継手５０全体の靭性値は、−２０℃の低温状態においても１００Ｊ以上となり、靭性が十分に確保されることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１ 母材（高張力鋼）
２ 第１層（外部に露出する層）
３ 最終層（外部に露出する層）
１０、２０、３０、４０、５０ 溶接継手
Ａ 第１溶接材料（溶接金属が高強度の溶接材料）
Ｂ 第２溶接材料（溶接金属が高靭性の溶接材料）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる溶接方法、及び、これを用いた溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高張力鋼（以下、単に「鋼」と省略することがある）の母材同士を突き合わせて、溶接する方法が知られている。この種の鋼の溶接においては、溶接材料として、母材より引張強さが大きいものを用いることにより、得られる溶接継手の強度を確保している。例えば、規格引張強さが６９０ＭＰａ以上の高張力鋼を母材として溶接する溶接材料としては、溶接された金属（以下、溶接金属という）においてＭｏを０．２〜０．５％含み、Ｎｉを０．５〜５．０％含むものが使われており、これら成分の作用によって強度のみならず靭性をも確保している。
【０００３】
ところで、例えば０℃以下の低温環境における溶接継手の使用では、その靭性が低下するおそれがある。低温においても高い靭性を確保するには、例えば、溶接金属においてＣを０．１０％以下に抑え、かつ、Ｎｉを５．０％までになるように調製された溶接材料を用いて溶接が行われる。また、Ｎｉを１．０％以下に抑え、微細な金属組織を生成させる核となる介在物を生成するＴｉを０．０２〜０．０４％、Ｂを０．００２〜０．００４％含むように調製された溶接材料が使われることがある。
【０００４】
溶接継手の強度を確保する手法として、例えば下記特許文献１には、溶接継手において外部（表面）に露出される化粧溶接を、イルミナイト系溶接材料を用いて行うことにより、疲労強度を確保するようにしたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６２２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の溶接方法及び溶接継手では、下記の課題があった。
すなわち、母材として引張強さが例えば６９０ＭＰａ以上の高張力鋼を用いる溶接においては、得られる溶接継手に対して母材と遜色ない強度や靭性が要求されており、このような要求を満足するには高強度、高靭性の溶接金属が得られる溶接材料を選定する必要がある。しかしながら、高強度と高靭性をともに満足する溶接材料は容易には得られ難く、強度を高めれば靭性が低下し、靭性を高めれば強度が低下してしまう傾向がある。また、高強度及び高靭性をともに満たす溶接材料が得られたとしても、溶接入熱の管理や溶接条件の管理（以下、溶接管理という）を厳密に行わない限り、所望の強度及び靭性を安定して得ることはできなかった。
【０００７】
前述した課題について、下記に詳しく述べる。
鋼が高強度になるに従って、溶接金属組織にマルテンサイトや上部ベイナイトが生成されるために、低温靭性が低下しやすくなる問題が生じる。これを防止する目的で、溶接金属において主にＮｉを０．５〜５．０％含有するようにして低温靭性を確保することが考えられるが、Ｎｉの含有量を１．５％以上に高めると、溶接管理が難しくなるという別の問題が生じる。
【０００８】
一方、引張強さが例えば６９０ＭＰａ未満の鋼においては、Ｔｉを０．０２〜０．０４％、Ｂを０．００２〜０．００４％含んだ溶接材料を用いることで、溶接金属の冷却過程で生成されるオーステナイトの粒内又は粒界で、Ｔｉ又はＢからなる介在物が核となり微細なアシキュラ・フェライトが析出して、溶接金属組織が微細化するので、Ｎｉの含有量を抑えつつも低温靭性の高い溶接継手が得られる。
【０００９】
引張強さが６９０ＭＰａ以上の鋼においては、溶接金属組織の殆んどがベイナイトとなり、フェライトの生成が抑制されるために、前述のようにＴｉ、Ｂを含有する溶接材料を用いても、金属組織を微細化する効果は得られ難い。つまりこの場合、低温靭性を確保できない。そのため、溶接金属においてＮｉが１．５〜５．０％となるように調製された溶接材料を使い低温靭性を確保しているが、前述したようにＮｉの含有量を１．５％以上に高めると、溶接入熱量が３．０ｋＪ／ｍｍを超えた場合に靭性が低下する傾向があり、溶接管理が十分でないと所望の低温での靭性を得ることが難しい。
【００１０】
また、上記特許文献１に記載の溶接継手は、溶接最外層の疲労強度は高められるものの、溶接継手の構造全体として所望の高強度及び高靭性を得ることが目的でなく、高強度かつ高靭性の溶接継手が得られるものではない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、溶接管理を難しくすることなく、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる溶接方法及びこれを用いた溶接継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明は、高張力鋼である母材同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、前記溶接材料として、溶接金属において前記母材より引張強さが大きくなる第１溶接材料と、前記第１溶接材料より靭性が大きくなる第２溶接材料と、を用い、前記第１溶接材料と前記第２溶接材料とを交互に溶接することを特徴とする。
また、本発明の溶接継手は、前述した溶接方法により作製されたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の溶接方法及びこれを用いた溶接継手によれば、高張力鋼（母材）同士を突き合わせ溶接するための溶接材料として、第１、第２溶接材料を用いており、第１溶接材料の溶接金属の引張強さは母材の引張強さより大きく、第２溶接材料の溶接金属の靭性は第１溶接材料の溶接金属の靭性より大きい。このように互いに溶接金属の機械的性質の異なる溶接材料を交互に使用することにより、下記の顕著な効果を奏する。
【００１４】
すなわち、溶接金属の引張強さに優れる第１溶接材料を用いることにより、得られる溶接継手の構造全体としての強度（引張強さ）が、所定以上に確保される。つまり、第１溶接材料の溶接金属が有する機械的性質（高強度）が、その隣り合う第２溶接材料の溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手全体としての機械的強度が所望の値以上（例えば、母材の機械的強度と同等以上）に高められる。
【００１５】
また、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料を用いることにより、得られる溶接継手の構造全体としての靭性が、所定以上に確保される。すなわち、第２溶接材料の溶接金属が有する機械的性質（高靭性）が、その隣り合う第１溶接材料の溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手全体としての靭性が所望の値以上に高められる。詳しくは、第１、第２溶接材料の溶接金属の境界においては、それぞれの溶接金属が混合することにより微細な金属組織が形成されており、当該金属組織がさらなる靭性の向上に寄与している。
【００１６】
そして、第１、第２溶接材料を用いたそれぞれの溶接パスにおいては、特別な溶接入熱の管理や溶接条件の管理が不要であることから、精度よく簡単に、かつ安定して溶接作業が行える。
【００１７】
すなわち、従来においては、単一の溶接材料を用いて溶接を行っており、当該溶接材料の溶接金属に対して高強度及び高靭性をともに満足し得ることを要求していたために、所望の溶接金属となる溶接材料を得ることが難しく、また、溶接管理が難しくなっていた。
一方、本発明によれば、前述のように、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができるのである。
【００１８】
また、本発明の溶接方法において、前記母材の引張強さが、６９０ＭＰａ以上であることとしてもよい。
【００１９】
この場合、前述した本発明の効果がより一層顕著に得られることになる。すなわち、従来の溶接方法では、特に母材が高強度（引張強さ６９０ＭＰａ以上）である場合において、溶接管理が不十分であると、高強度と高靭性をともに満足できる溶接継手は得られなかった。一方、本発明によれば、母材が高強度であっても、溶接管理を特別厳密にすることなく、得られる溶接継手の強度及び靭性を十分に確保できるのである。
【００２０】
また、本発明の溶接方法において、前記第１溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、前記第２溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより小さいこととしてもよい。
【００２１】
この場合、母材が高強度であっても、得られる溶接継手の機械的強度を十分に確保できる。また、所望の機械的性質（高靭性）の溶接金属となる第２溶接材料を比較的容易に用意できる。
【００２２】
また、本発明の溶接方法において、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層に前記第２溶接材料を用いることとしてもよい。
【００２３】
この場合、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層として、靭性に優れる溶接金属となる第２溶接材料を用いるので、得られる溶接継手の切り欠き靭性が高められ、表面切り欠きからの脆性破壊が抑制される。尚、ここで言う「外部に露出する層」とは、母材が例えば管材である場合においては、管外に露出する層のみならず、管内に露出する層をも含む概念である。よって母材が管材の場合には、第２溶接材料を含む層が、管外及び／又は管内に露出して形成される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の溶接方法及び溶接継手によれば、溶接管理を難しくすることなく、高強度かつ高靭性の溶接継手を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る溶接方法を説明する溶接継手の側断面図である。
【図５】本発明の実施例を説明する溶接継手の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手１０について、図１を参照して説明する。
図１に示されるように、本実施形態の溶接方法は、高張力鋼である母材１同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接するものである。母材１の形状としては、例えば管状や板状などが挙げられる。この溶接方法は、例えば流体用の配管・導管の溶接継手１０を製作する目的で用いられ、母材１の端面同士を突き合わせて、溶接棒（溶接材料）を用いて手溶接により行われる。特に図示しないが、母材１の端面同士の突き合わせ形状（開先形状）としては、例えばＵ形開先、Ｖ形開先などが挙げられる。
本実施形態における母材１は、引張強さが６９０ＭＰａ以上の高強度の高張力鋼であり、具体的に、この母材１の引張強さは６９０ＭＰａである。
【００２７】
この溶接方法では、母材１の端面同士が接近又は当接するように対向配置されてなる開先ルート部を、突き合わせ方向Ｃ（図１における左右方向）に垂直な厚さ方向Ｔ（図１における上下方向）から溶接して、複数の層（溶接層）を形成する。つまり、この溶接継手１０には、複数の溶接パスにより、厚さ方向Ｔに積層するように複数の溶接層が形成されている。尚、実際には、隣り合う溶接層同士又は溶接層と母材１が、互いの境界近傍において溶け込み合うことから、境界は判別しにくくなっている。
ここで、図１において符号２で示される最下層は、最初の溶接パスにより形成された第１層である。また、符号３で示される最上層は、最後の溶接パスにより形成された最終層である。
【００２８】
この溶接方法では、前記溶接材料として、母材１より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料Ａと、第１溶接材料Ａより溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料Ｂと、を用いている。
具体的には下記表１に示されるように、本実施形態では、互いに溶接金属の機械的性質の異なる２つの溶接材料を用いている。尚、表中に示されるＡ材は前記第１溶接材料Ａであり、Ｂ材は前記第２溶接材料Ｂである。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示されるように、Ａ材（第１溶接材料Ａ）の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さである６９０ＭＰａより大きい。詳しくは、Ａ材の引張強さは、母材１の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、本実施形態においては、母材１の引張強さより１００ＭＰａ以上大きい。
【００３１】
また、Ａ材の溶接金属には、機械的強度を確保する目的でＭｏが０．５％以上含有されている。Ｍｏの含有量は、例えば０．２〜０．８％が好ましい。また、Ａ材の溶接金属に含有されるＣは０．１０％以下であり、かつ、Ｎｉは２．５％以上であって、これによりＡ材の溶接金属は低温（−２０℃）においても靭性値が９０Ｊ以上である。ここで言う「靭性値」とは、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定されるシャルピー衝撃試験に基づくものである。尚、Ｎｉの含有量については、１．５％以上であることが好ましい。
【００３２】
また、表１において、Ｂ材（第２溶接材料）の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さである６９０ＭＰａより小さい。詳しくは、Ｂ材の溶接金属の引張強さは、母材１の引張強さに対して、−５０ＭＰａ以上（つまり本実施形態では６４０ＭＰａ以上６９０ＭＰａ未満）である。また、Ａ材、Ｂ材の溶接金属の靭性値の測定温度条件が同じ（−２０℃）である表１において、Ｂ材の溶接金属の靭性値はＡ材の溶接金属の靭性値である９６Ｊより十分に大きい。詳しくは、Ｂ材の溶接金属の靭性値は、Ａ材の溶接金属の靭性値より９５Ｊ以上大きく、Ｂ材の溶接金属の靭性値のＡ材の溶接金属の靭性値に対する比（Ｂ材の溶接金属の靭性値／Ａ材の溶接金属の靭性値）は、２．０以上となっている。
【００３３】
Ｂ材の溶接金属に含有されるＮｉは１．０％以下であり、Ｔｉは０．０２〜０．０４％、Ｂは０．００２〜０．００４％である。これにより、Ｂ材を用いた溶接層には微細な金属組織が生成されやすくなり、靭性が十分に確保されている。具体的に、Ｂ材の溶接金属は低温（−２０℃）における靭性値が１８０Ｊ以上である。尚、Ｂ材としては、−４０℃以下の低温における溶接金属の靭性値が１００Ｊ以上であるものを用いることが好ましい。ここで、表１には特に示していないが、温度条件：−５０℃にて本実施形態のＢ材の溶接金属の靭性値を測定したところ、１８０Ｊであった。
【００３４】
そして、図１に示されるように、本実施形態の溶接方法では、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に溶接する。
詳しくは、開先ルート部において、最初の溶接パスに第２溶接材料Ｂを用い、母材１の端面同士を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第１層２を形成する。次の溶接パスに第１溶接材料Ａを用い、前回の溶接パスで形成した第１層２、及び、母材１の端面を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第２層４を形成する。次の溶接パスに第２溶接材料Ｂを用い、前回の溶接パスで形成した第２層４、及び、母材１の端面を溶かし込みつつ、これらを繋ぐように第３層５を形成する。このように、溶接パス毎に順次異なる溶接材料Ａ、Ｂを用いて溶接を行う。
【００３５】
本実施形態では、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層である第１層２に、第２溶接材料Ｂを用いている。尚、ここで言う「外部に露出する層」とは、溶接継手１０において厚さ方向Ｔの両外側に露出する一対の層（最外層）を差し、母材１が例えば管材である場合においては、管外に露出する層のみならず、管内に露出する層をも含む概念である。本実施形態においては、溶接継手１０において厚さ方向Ｔの両外側に露出する第１層２及び最終層３のうち、第１層２に第２溶接材料Ｂが用いられている。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手１０によれば、高張力鋼（母材１）同士を突き合わせ溶接するための溶接材料として、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂを用いており、第１溶接材料Ａの溶接金属の引張強さは母材１の引張強さより大きく、第２溶接材料Ｂの溶接金属の靭性は第１溶接材料Ａの溶接金属の靭性より大きい。このように互いに溶接金属の機械的性質の異なる溶接材料Ａ、Ｂを交互に使用することにより、下記の顕著な効果を奏する。
【００３７】
すなわち、溶接金属の引張強さに優れる第１溶接材料Ａを用いることにより、得られる溶接継手１０の構造全体としての強度（引張強さ）が、所定以上に確保される。つまり、第１溶接材料Ａの溶接金属が有する機械的性質（高強度）が、その隣り合う第２溶接材料Ｂの溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手１０全体としての機械的強度が所望の値以上（例えば、母材１の機械的強度と同等以上）に高められる。
【００３８】
また、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いることにより、得られる溶接継手１０の構造全体としての靭性が、所定以上に確保される。すなわち、第２溶接材料Ｂの溶接金属が有する機械的性質（高靭性）が、その隣り合う第１溶接材料Ａの溶接金属の機械的性質を補うことになり、溶接継手１０全体としての靭性が所望の値以上（例えば、前記シャルピー衝撃試験に基づく吸収エネルギ（靭性値）が、０℃以下など低温状態においても１００Ｊ以上）に高められる。詳しくは、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂの溶接金属の境界においては、それぞれの溶接金属が混合することにより微細な金属組織が形成されており、当該金属組織がさらなる靭性の向上に寄与している。
【００３９】
そして、第１、第２溶接材料Ａ、Ｂを用いたそれぞれの溶接パスにおいては、特別な溶接入熱管理や溶接条件管理が不要であることから、精度よく簡単に、かつ安定して溶接作業が行える。
【００４０】
すなわち、従来においては、単一の溶接材料を用いて溶接を行っており、当該溶接材料の溶接金属に対して高強度及び高靭性をともに満足し得ることを要求していたために、所望の溶接材料を得ることができず、また、溶接管理が難しくなっていた。
一方、本実施形態によれば、前述のように、高強度かつ高靭性の溶接継手１０を容易に得ることができるのである。
尚、積層する溶接層の厚さ、溶け込み深さから溶接継手１０の機械的特性を調整することが可能である。
【００４１】
また、本実施形態のように、母材１の引張強さが６９０ＭＰａ以上の場合には、前述した効果がより一層顕著に得られることになる。すなわち、従来の溶接方法では、特に母材１が高強度（引張強さ６９０ＭＰａ以上）である場合において、溶接管理を十分に行わないと、高強度と高靭性をともに満足できる溶接継手は得られなかった。一方、本実施形態によれば、母材１が高強度であっても、溶接管理を特別厳密に行うことなく、得られる溶接継手１０の強度及び靭性を十分に確保できるのである。
【００４２】
また、本実施形態では、第１溶接材料Ａの溶接金属の引張強さが、母材１の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、第２溶接材料Ｂの溶接金属の引張強さが、母材１の引張強さより小さい。これにより、母材１が高強度であっても、得られる溶接継手１０の機械的強度を十分に確保できる。また、所望の溶接金属の機械的性質（高靭性）を有する第２溶接材料Ｂを比較的容易に用意できる。
【００４３】
また、溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層（第１層２）として、溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いているので、得られる溶接継手１０の切り欠き靭性が高められ、当該第１層２における拘束による低温割れ（遅れ割れ）発生が抑制される。
尚、本実施形態では、外部に露出する層である第１層２に第２溶接材料Ｂを用いることとしたが、この第１層２の代わりに、外部に露出する層である最終層３に第２溶接材料Ｂを用いることとしてもよい。この場合も前述同様の効果が得られ、当該最終層３における切り欠き靭性が高められる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手２０について、図２を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図２に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手２０では、溶接により形成される複数の層のうち、厚さ方向Ｔに沿う両最外層をなす第１層２及び最終層３の両方に第２溶接材料Ｂを用いている点で、前述の第１実施形態とは異なる。
【００４６】
本実施形態によれば、溶接継手２０において外部に露出する層である第１層２及び最終層３の両方に溶接金属の靭性に優れる第２溶接材料Ｂを用いているので、得られる溶接継手２０の切り欠き靭性が十分に高められ、第１層２及び最終層３（特に第１層２）における低温割れ（遅れ割れ）発生が抑制される。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手３０について、図３を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図３に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手３０では、溶接により形成される複数の層のうち、少なくとも１つ以上の層が、突き合わせ方向Ｃに互いに異なる位置に施された複数の溶接パスによって形成されている。具体的に、図示の例では、溶接継手３０は、厚さ方向Ｔに積層する６つの層（溶接層）を有しており、これら層のうち、第１層２及び第２層４を除く４つの層（第３層５〜第６層（最終層）３）が、１層あたりそれぞれ２回の溶接パスにより形成されている。
【００４９】
また、このように複数の溶接パスにより形成された層においては、当該層内における溶接パスが、互いに同一の溶接材料を用いて行われている。具体的に、図３においては、例えば第３層５が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置に第２溶接材料Ｂを２パスして形成され、最終層３が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置に第１溶接材料Ａを２パスして形成されている。
すなわち、本実施形態においては、厚さ方向Ｔに積層する溶接層単位ごとに、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に用いて溶接している。
【００５０】
本実施形態によれば、前述の実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
またこの場合、開先形状のうち母材１の端面同士の距離が比較的開かれやすい例えばＶ形開先などに用いて有効である。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る溶接方法及びこれを用いた溶接継手４０について、図４を参照して説明する。尚、前述の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
図４に示されるように、本実施形態の溶接方法及び溶接継手４０では、第３実施形態と同様に、溶接により形成される複数の層のうち、少なくとも１つ以上の層が、突き合わせ方向Ｃに互いに異なる位置に施された複数の溶接パスによって形成されている。
【００５３】
そして、本実施形態では、このように複数の溶接パスにより形成された層においては、当該層内における溶接パスが、互いに異なる溶接材料を用いて行われている。具体的に、図４においては、例えば第３層５が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置にまず第２溶接材料Ｂ、次いで第１溶接材料Ａを各１パスして形成され、最終層３が、突き合わせ方向Ｃの異なる位置にまず第１溶接材料Ａ、次いで第２溶接材料Ｂを各１パスして形成されている。
すなわち、本実施形態においては、複数の溶接パスにより形成された層における溶接パス単位ごとに、第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとを交互に用いて溶接している。また、図４に示される例では、第３層５〜最終層３における第１溶接材料Ａと第２溶接材料Ｂとが、厚さ方向Ｔに互いに入れ違いとなるように配置されているのみならず、突き合わせ方向Ｃにも互いに入れ違いとなるように配置されており、各溶接材料Ａ、Ｂが千鳥状をなすようにパターン化されている。
【００５４】
本実施形態によれば、前述の実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
またこの場合、開先形状のうち母材１の端面同士の距離が比較的開かれやすい例えばＶ形開先などに用いて有効である。
【００５５】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５６】
例えば、前述の実施形態では、溶接が手溶接により行われるとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、自動化された溶接工程においても本発明を適用することが可能である。従って、前述したＵ形開先、Ｖ形開先以外の例えばＩ形開先などにも本発明を適用できる。
【００５７】
その他、本発明の前述の実施形態で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
本発明の実施例として、図５に示される溶接継手５０を用意した。この溶接継手５０は、前述した第４実施形態の溶接継手４０の変形例である。溶接継手５０の材料には、母材１として引張強さが６９０ＭＰａ、板厚が２６ｍｍの高張力鋼を用い、第１溶接材料Ａとして前記表１に記載のＡ材を用い、第２溶接材料Ｂとして前記表１に記載のＢ材を用いた。そして、これら材料を用いて、溶接層：９層、溶接パス：２３パスにより溶接継手５０を作製した。尚、前記溶接層のうち、複数の溶接パスにより形成された層（第３層５〜第９層（最終層）３）については、突き合わせ方向Ｃに隣り合う溶接材料同士が、互いに異なる溶接材料となるように配置した。
また、溶接入熱量については、１．０〜４．４ｋＪ／ｍｍとし、溶接管理を特別厳密に行うようなことはしなかった。尚、溶接継手５０は２つ作製した。
【００６０】
このように作製された溶接継手５０を用いて、引張試験を行い、降伏強度及び引張強さを測定した。また、温度条件：−２０℃における靭性値を測定した。
結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
【００６２】
表２の結果より、本実施例の溶接継手５０は、母材１が高強度である場合においても、溶接管理を特別厳密に行うことなく、母材１の引張強さ以上の引張強さを有するように簡便に作製できることが確認された。また、降伏強度については、６１０ＭＰａ以上確保された。そして、溶接継手５０全体の靭性値は、−２０℃の低温状態においても１００Ｊ以上となり、靭性が十分に確保されることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１ 母材（高張力鋼）
２ 第１層（外部に露出する層）
３ 最終層（外部に露出する層）
１０、２０、３０、４０、５０ 溶接継手
Ａ 第１溶接材料（溶接金属が高強度の溶接材料）
Ｂ 第２溶接材料（溶接金属が高靭性の溶接材料）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高張力鋼である母材同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、
前記溶接材料として、
前記母材より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料と、
前記第１溶接材料より溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料と、を用い、
前記第１溶接材料と前記第２溶接材料とを交互に溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接方法であって、
前記母材の引張強さが、６９０ＭＰａ以上であることを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接方法であって、
前記第１溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、
前記第２溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより小さいことを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接方法であって、
溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層に前記第２溶接材料を用いることを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接方法により製作されたことを特徴とする溶接継手。
【請求項１】
高張力鋼である母材同士を突き合わせ、溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、
前記溶接材料として、
前記母材より溶接金属の引張強さが大きい第１溶接材料と、
前記第１溶接材料より溶接金属の靭性が大きい第２溶接材料と、を用い、
前記第１溶接材料と前記第２溶接材料とを交互に溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接方法であって、
前記母材の引張強さが、６９０ＭＰａ以上であることを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接方法であって、
前記第１溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより５０ＭＰａ以上大きく、
前記第２溶接材料の溶接金属の引張強さが、前記母材の引張強さより小さいことを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接方法であって、
溶接により形成される複数の層のうち、外部に露出する層に前記第２溶接材料を用いることを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接方法により製作されたことを特徴とする溶接継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１３７７９（Ｐ２０１２−２１３７７９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９１６３（Ｐ２０１１−７９１６３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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